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黄铁矿微生物浸出及其电化学研究

孙小俊  
【摘要】: 黄铁矿是分布最广的硫化矿,常与铜、钼、金、银、钴、镓等有色、稀贵金属元素伴生或共生。系统地考察各种因素对黄铁矿细菌浸出的影响以及揭示黄铁矿与细菌作用机理,对综合开发利用黄铁矿和回收其伴生的稀贵金属有重要意义。 论文以A.ferrooxidans菌和L. ferriphilum菌为试验菌种,通过摇瓶浸出试验,结合X衍射、扫描电镜、能谱分析等表面测试方法,研究矿浆浓度、接种量、初始pH值和初始Fe3+浓度等因素对黄铁矿浸出的影响;运用循环伏安、塔费尔曲线、交流阻抗等电化学分析技术研究黄铁矿在无菌体系和有菌体系中的电化学行为,从电化学角度揭示微生物冶金体系黄铁矿的氧化机理。 本文详细研究了黄铁矿氧化的电化学行为。研究发现黄铁矿在无菌体系中,在0.2V处被氧化生成元素S,覆盖于电极表面,使电极表面发生钝化;随着电位继续升高,S被进一步氧化为SO42-,钝化膜溶解;交流阻抗研究进一步表明,随着电位由低到高,黄铁矿的氧化经历了钝化膜的形成和消除过程;降低pH值或者升高温度,体系的阻抗下降,加快黄铁矿腐蚀。添加细菌后,没有改变黄铁矿的氧化机理;但黄铁矿的腐蚀电位升高,腐蚀电流增大,表明细菌的加入,促进腐蚀反应,提高了腐蚀速率,即细菌促进了黄铁矿氧化溶解,有菌体系下的交流阻抗研究也支持了该结论。 无菌体系添加Fe3+离子后,黄铁矿在Fe3+离子的作用下被氧化为Fe2+和SO42-消除了S导致的电极钝化现象;腐蚀速率是无菌体系中的20倍,这暗示了只能氧化Fe2+的L.f菌是通过间接作用氧化黄铁矿;交流阻抗研究结果表明黄铁矿电极反应在高频区受电化学步骤控制,在低频区受扩散控制,体系的阻抗显著降低,可见Fe3+离子改变了黄铁矿氧化机理,促进了黄铁矿氧化。 摇瓶浸出研究结果表明:细菌极大的促进了黄铁矿的氧化溶解,浸出18天,铁浸出率可达30.14%,远高于相同条件下的无菌浸出,可见细菌加快了黄铁矿的腐蚀速率,与电化学研究结果一致;增大矿浆浓度和添加Fe3+离子会降低黄铁矿最终浸出率,并可能形成黄钾铁矾,影响黄铁矿浸出;提高接种量和初始pH值有利于细菌生长,会提高黄铁矿最终浸出率。浸渣的X射线衍射,扫描电镜和能谱分析表明浸出过程中有黄钾铁矾生成并以结晶颗粒的形式覆盖在黄铁矿表面,这也是浸出后期黄铁矿氧化速率减慢的的重要原因。


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